钢结构管桁架雪载塌落事故鉴定与分析前车之鉴
一、管桁架雪载塌落事故
某公司仓库，跨度40m，总长90m。下部为钢筋混凝土柱，柱距6m,上部为两端简支轻钢桁架，材质为Q235钢。桁架截面由三根D60X3.0的钢管组成。其中上弦一根，下弦两根，弦杆之间为D32x2.5钢管腹杆，截面高度600mm。屋脊处增加为900mm, 桁架下部设水平拉筋两道（见图1）。屋面板为50mm厚彩色夹心钢板，檩条为角钢和圆钢组成的格构式构件，四周围护墙为砖砌体。该仓库于2003年6月建成，没有经过正规设计，由施工队凭借经验制作，建成后一直未投入使用，2004年12月月由于下雪导致该仓库屋面结构整体塌落。
1、调查检测
经过现场检测发现，该仓库14榀轻钢桁架全部倒塌破坏，桁架均在离支座约10mm的位置压屈变形落地（见图2）设置在桁架两端支座之间用于承担桁架水平推力的拉筋均未破坏，仓库一侧排架柱及墙体被桁架拉向内侧倾斜。各杆件焊接处未发现焊缝破坏，屋面檩条也完好无损。
2、计算分析
根据模拟分析的计算结果可知：该格构式轻钢桁架截面高度过小，超应力现象严重。特别是在距支座12m左右的区段内，截面高度仅为600mm，刚度过小。该区段内最大竖向位移达到572mm. 远大于规范的允许范围，该部位恰恰是最先发生破坏落地的区段。桁架截面几何布置不合理，上弦受压杆件仅为一根D60X3.0 钢管，而下弦受拉杆件为两根D60X3.0 的钢管，必然导致上弦杆件稳定不足，最大稳定计算应力达到允许应力的28倍。另外，绝大多数腹杆截面太小，稳定和强度也不满足要求。檩条支座绝大多数位于上部杆件的非节点位置，使得桁架杆件变为压弯构件，也促使上弦杆发生失稳。
该工程虽然在投入使用后未立即发生倒塌，主要归于屋面荷载很小，仅有自重及风荷载，其他活荷载很小，一旦施加少量屋面活荷载即会导致工程事故。虽然本次雪荷载没有超出荷载规范规定数值，但是该结构还是发生了整体倒塌事故。
3、结 论
该项目未进行严格的结构分析和设计，存在严重设计不合理现象，桁架截面高度过小，拉压杆位置颠倒，稳定承载力严重不足。
二、轻钢桁架雪载塌落
某厂房主体结构采用单层单跨双坡轻型钢结构。跨度24m ，厂房总长度90m，柱距6m， 柱脚刚接檐口高度 7.5m。屋面坡度1:10.柱截面为H型钢，屋面平行弦桁架的弦杆为20a槽钢，腹杆为50X3等边角钢，焊接组成。为节省用钢量并降低桁架高度，桁架两端设水平拉筋，来承担水平推力，（图3）檩条为卷边 形钢，屋面采用50mm彩色夹心钢板。该厂房于2004年10月竣工，但未投入使用， 2005年12 月15日，该厂房在一次降雪过程中发生整体倒塌。
1、 调查检测
气象资料表明，事故发生当天的降雪总量为28.5mm, ，最大积雪厚度为150mm，大风力为6级。依据《建筑结构荷载规范》的规定，华北地区的积雪密度为130kg/m3. 可以计算出150mm，积雪所对应的荷载为0.195KN/m2。没有超出荷载规范的规定值0.20KN/m2. 6级风对应的最大风速为13.8m/s，依据荷载规范可以计算出对应风压力为0.119KN/m2.远小于荷载规范规定值0.30KN/m2。上述情况表明，事故发生时厂房所承担的风荷载、雪荷载都低于荷载规范的规定值，属于正常范围。
经过现场勘测发现，该工程的屋面钢桁架在屋脊处整体对折塌落至地面（见图4）。南侧纵向墙体及钢柱向内倾斜弯折约30°两端山墙也发生了严重破坏。
用于承担屋面桁架水平推力的拉筋（1Φ18 ），原设计为两端焊接，但在施工过程中，施工单位为方便安装，改为花篮螺丝连接，通过拉钩与节点板连接.现场发现多数拉钩被拉直（见图5）。桁架杆件之间的焊缝连接存在长度不足问题，个别部位点焊连接，同时也存在严重焊接缺陷。
针对花篮螺栓拉钩被拉直的问题，现场随机割取了4段拉筋和4个未被拉直的花篮螺栓拉钩，在实验室进行了极限承拉力试验，试验数据见下表 ，拉筋的最小屈服拉力68KN,拉钩的最小极限承拉力为27.5 KN ，即承载能力由拉钩确定.
1、 计算分析
经过计算分析，拉筋的计算拉力如下：仅在恒荷载作用下，水平拉筋的计算内力为22.3N.拉钩不会破坏；在荷载规范规定的荷载组合作用下，水平拉筋的计算内力为66.9Kn.是拉钩承载能力的 2.43倍；在恒荷载和事故当日风、雪荷载组合作用下，水平拉筋的计算内力为51.1Kn ，是拉钩承载能力的1.86倍。另外，如果水平拉筋和拉钩的承载能力足够，柱和桁架梁的承载力、刚度、稳定性均满足规范要求。
可以看出，由于拉钩的承载能力过低，仅能承担车间自重及少量活荷载，活荷载稍有增加，即会使拉钩达到极限承载力，必然导致拉钩被拉直。失去水平拉筋的约束作用后，桁架即失去了水平方向的约束，使上弦的压力骤然变大，从而丧失稳定性，最终导致屋面塌落。屋面塌落过程中产生向厂房内的拉力，使得边柱及墙体向内倾倒。
3、结 论
施工单位擅自更改设计，用承载力较低的拉钩连接替代焊接连接，使屋面桁架水平拉筋不能承受规范规定的荷载作用。